Effects of Leveler on the Trench Filling during Damascene Copper Plating

The effects of leveler on the copper trench filling were investigated during damascene plating process. To investigate the trench filling effect with the addition of a leveler, a cross-section images of the electroplated trenches with the width of$0.37{\mu}m,\;and\;0.18{\mu}m$ were observed by field emission scanning electron microscope (FE-SEM). Polyethylene glycol(PEG), 3-mercapto-1-propanesulfonic acid and Janus Green B were used as a carrier, an accelerator and a leveler. $0.37{\mu}m$ trenches were superfilled without voids, but there was voids formation in $0.18{\mu}m$ trenches when the leveler was not added into the electrolyte. On the other hand $0.18{\mu}m$ trenches were superfilled without voids with the addition of the leveler due to the reduction growth rate of copper at protrusions and edges, which yield smooth final deposit surface. The leverer effect becomes more significant as the width of trenches becomes smaller when trenches are filed.

전해전착시 상감 구리 배선의 충전에 미치는 레벨러의 효과

전해전착법을 이용한 상감(damascene)구리 배선 충전시 레벨러 효과에 대해 연구하였다. 레벨러를 첨가한 도금액과 첨가하지 않은 도금액을 제조하여 선 폭이 $0.37{\mu}m,\;0.18{\mu}m$인 선형 트렌치를 충전한 후 field emission scanning electron microscope(FE-SEM)로 트렌치 단면을 관찰하였다. 레벨러로 Janus Green B를 사용하였으며, 억제제로서 polyethylene glycol(PEG), 촉진제로서 3-mercapto-1-propansulfonic acid를 사용하였다 레벨러를 첨가하지 않은 경우 $0.37{\mu}m$(종횡비 2.7:1) 트렌치를 공극 없이 충전할 수 있었으나 $0.18{\mu}m$(종횡비 5.25:1) 트렌치에서는 공극(void)이 형성되었다. 레벨러를 첨가한 경우에는 $0.18{\mu}m$ 트렌치를 공극 없이 충전할 수 있었다. 레벨러를 첨가하지 않은 경우 트렌치 모서리에서의 전착속도를 충분하게 억제하지 못하고 거칠게 전착되어 미세한 트렌치 충전시 공극을 형성한 반면, 레벨러를 첨가한 경우는 트렌치 상부모서리에서의 전착속도를 억제하고 균일한 전착을 유도하여 미세한 트렌치를 공극 없이 채울 수 있었다.